仙台駅の７・８番ホームは基本的に仙山線の専用ホームとして使われています。平成16(2004)年10月16日のダイヤ改正以降、「６・７」番から「７・８」番へ番線名が変更となりました。東北本線側とも相互に行き来できる配線になってはいますが、主として仙山線電車が折返し運転を行っています。車両運用の関係上、東北本線との間の渡り線もしばしば使用されます。仙山線電車の出入庫はもちろん、定期検査を受ける左沢線の気動車なども仙山線経由で輸送されます。山形側から見ると、東北本線の複線の脇を単線で走ってきた仙山線が島式ホームの両側に到着する格好になります。
　仙山線は国見、北山、愛子といった仙台市西部・北部の住宅地から仙台市中心部への通勤輸送を担うと共に、同地区にある各種学校への通学輸送にも活躍しています。もちろん仙台〜山形間の都市間輸送も重要な役目です。毎時１本の快速（2004年10月16日改正で快速「仙山」の名称はなくなりました）が両県庁所在都市を結んでいます。各駅停車は主に愛子・作並〜仙台間の区間運転です。719系が6連で運用されたりしていますが輸送需要は逼迫しており、複線化及び主要道路交差地点での連続立体交差化が切望されています。
　仙台空港アクセス鉄道が開業した暁には仙山線と直通運転を行うとの話もありましたが、同鉄道が宮城県出資の第３セクターであることもあって山形空港を擁する山形県側との折り合いがつかず、山形〜仙台空港感直通列車は実現していません。もちろん、物理的には直通運転は可能です。